預裂爆破技術在紫金山金銅礦的應用研究

夏鶴平

（福建省新華都工程有限責任公司，福建 上杭 364200）

隨著露天采坑的不斷擴大，當靠幫爆破作業(yè)時，露采現(xiàn)有的逐孔起爆方式有減震的作用，但是其減震爆破措施仍然不能完全滿足安全生產(chǎn)及保護臺階免受直接破壞的要求。因此，如何保護最終境界臺階坡面的穩(wěn)定成為一個不可忽視的問題。

預裂爆破是預先沿開挖邊界的設計輪廓線布置較密集的炮孔，采取不耦合裝藥或裝填低威力炸藥，在主爆區(qū)之前起爆，從而在開挖區(qū)與保留區(qū)之間預先形成一條預裂縫，使主爆區(qū)爆破時應力波傳到預裂縫時，部分被反射掉，以減弱主爆區(qū)爆破時對保留巖體的破壞并形成平整的輪廓面。成功的預裂爆破面不僅平整美觀，超欠挖量少，而且具有良好的減震作用。正是由于預裂爆破具有此特性，故在爆破工程中得到了廣泛應用。因此，紫金山金銅礦露采最終邊坡亦采用預裂爆破的方式進行處理。

1 預裂爆破設計

1.1 預裂孔爆破參數(shù)

（1）炮孔直徑。紫金山金銅礦露采場可用于預裂爆破穿孔設備有阿特拉斯D55一體式鉆機、CM351鉆機、KQG-150潛孔鉆機，三種鉆機的炮孔直徑分別為140mm、140mm、165mm。阿特拉斯D55鉆機穿孔效率高、角度控制精度高、適應范圍大，CM351鉆機穿孔效率較低、角度控制精度低，KQG-150潛孔鉆機則體積較大難以用于并段時的穿孔，因此預裂孔穿孔一般采用D55鉆機。

（2）炮孔間距。炮孔間距一般是孔徑的8倍～12倍，巖體完整取大值，巖體破碎取小值[1]，主要參照瑞典蘭格弗爾斯給出的公式確定：

a=（8～ 12）d

式中：a為炮孔間距；d為炮孔直徑，其取值范圍140mm～165mm，對硬巖或完整性好的巖石取大值150mm，對軟巖或結構破碎的巖石，取小值120mm～130mm。

（3）鉆孔深度。炮孔深度根據(jù)臺階高度及設計坡比加超深確定，露采臺階高度為12m，超深取0.5m，最終邊坡坡面傾角一般為70°，西南部平臺坡面傾角為60°。則孔深為：

L=H ／ sina+h=12／ sin70° +0.5=13.30m，（60° 時 取14.35m）

式中：L為孔深，m；H為臺階高度，m；h為超深，m。

一般而言，鉆機所穿出的巖粉堆積于孔口周邊，在簽證驗收時特意加高20cm～35cm，所以簽證時孔深要求在13.5m，預裂孔傾角為60°時，孔深一般在14.7m。

（4）裝藥結構。裝藥結構的基本思路，應考慮不僅要確保預裂縫按要求連續(xù)貫通，預裂縫的寬度也應到要求，還要在保證孔壁完整，避免炮孔壁受到破壞的基礎上，最大限度提高邊坡面半孔率，并且滿足邊坡平整度和穩(wěn)定性要求。在不耦合裝藥結構中，首先炮孔底部必須連續(xù)裝藥，而炮孔中-上部采用間隔裝藥，使用最合理的布設，能最大程度均勻分配藥卷和炸藥的能量，再次，根據(jù)藥卷設計直徑、數(shù)量及間距，在藥卷上牽引一根導爆索，一起附著在給定的竹片上，這樣一個藥串便形成了，最后將藥串置于孔內(nèi)，竹片緊貼邊坡一側的孔壁，炮孔均采用導爆索串接小藥卷炸藥，孔外用雷管一次起爆[2]。

（5）平均線裝藥量。鑒于預裂爆破最重要的要求是預裂縫必須貫通，且不能破壞保留巖體，所以裝藥量不適合使用偏大，選擇適宜的裝藥密度，可以有效控制爆破能量對巖體的破壞形成一定數(shù)量的貫通裂縫，貫通裂縫形成好壞與減震效果相關，從而影響邊坡穩(wěn)定性?？紤]巖性及孔網(wǎng)參數(shù)的經(jīng)驗公式：

式中：k為巖石強度系數(shù)（堅硬巖石系數(shù)取1.0～1.2，較堅硬巖石系數(shù)取0.6～1.0，較破碎巖石系數(shù)取0.4～0.6），堅硬巖石取大值，軟巖取小值，大部分區(qū)域巖石為較堅硬中等強度，因此系數(shù)取k=0.8；d為鉆孔直徑，取0.14m～0.165m；a為預裂孔距，取130cm。將參數(shù)代人，則有q=0.96-1.13kg/m。

在以上計算的基礎上，經(jīng)爆破實驗并考慮布藥方便，將預裂孔平均線裝藥量確定為：q=1.0kg/m，根據(jù)不同的巖性可以提高或降低。為了使預裂縫完整貫通，需要在預裂孔孔底加大藥量，才能達到較好的減震效果。預裂孔裝藥長度為12m,紫金山邊坡預裂炮孔較深，底部夾制力較大，所以將孔底1.5m范圍內(nèi)的線裝藥量增大1.6倍，即：q=1.6kg/m。同樣，為避免預裂爆破形成爆破漏斗，減小預裂孔處圍巖破壞，孔口堵塞段以下1.5m段，線裝藥量減小三分之二，即：q=0.4kg/m（炸藥采用32mm巖石乳化炸藥，一節(jié)長度為20cm,重量為0.2kg。實際施工用膠布捆綁在竹片上，一般每節(jié)間隔約2cm，見圖1）。

圖1 預裂孔裝藥結構示意圖

（6）不偶合系數(shù)。在長期的工程實踐中，一般預裂炮孔直徑d處于60mm～200mm區(qū)間時，不偶合系數(shù)適宜使用的公式為：

m=d／dy

式中：d為預裂孔直徑，dy為預裂孔裝藥直徑，采用32mm卷狀巖石乳化炸藥，直徑32mm。不偶合系數(shù)一般超過2～4為宜，所以其不偶合系數(shù)m=(140，165)/(32*1.33)=3.29～3.88。

（7）堵塞。完成裝藥后進行孔口堵塞，就地取材將少量巖粉裝入銨油炸藥散裝包裝袋，隨后立即卷為一團塞入孔中，置于炸藥最上面，表面接觸，之后使用少量輕微濕潤，顆粒均勻但偏小的粘土，逐段夯實?？偠氯L度為1.0m。

1.2 緩沖孔爆破參數(shù)

（1）孔排距。一般采用三角形布孔，緩沖孔間距為a1，一般根據(jù)經(jīng)驗，緩沖孔距是預裂孔孔距a的2倍～3倍，經(jīng)實際試驗一般在3.5m～4.5m，對硬巖或完整性好的巖石取小值3.5m，對軟巖或結構破碎的巖石取大值4.5m。緩沖孔與預裂孔排距b1為2.5m～3.0m，對硬巖或完整性好的巖石取小值2.5m，對軟巖或結構破碎的巖石，取大值3.0m。在西南緩沖孔與主炮孔的排距b2為4m。

（2）裝藥結構。緩沖孔一般采用中間1.5m間隔裝藥，間隔材料采用巖粉。在巖性較好區(qū)域緩沖孔上部裝37.5kg(1.5包)銨油炸藥，下部裝50kg（2包）。在巖性較差區(qū)域上部裝25kg（1包)銨油炸藥，下部裝50kg（2包），見圖2。

圖2 預裂爆破裝藥圖

1.3 起爆網(wǎng)絡

起爆網(wǎng)絡采用導爆索起爆網(wǎng)絡。導爆管各預裂孔以一根主導爆索串聯(lián)起來，將兩發(fā)非電毫秒導爆管雷管，綁扎在主導爆索上，從而實現(xiàn)毫秒間隔起爆。邊坡預裂孔應先于其他炮孔200毫秒以上起爆.以便首先形成連續(xù)貫通的預裂縫，以阻隔后續(xù)爆破時對邊坡的擾動破壞。當預裂爆破規(guī)模較大時，可采用分段毫秒微差爆破，以減輕預裂爆破過程中對保留巖體帶來的影響，通常在每段之間連接兩發(fā)兩段非電毫秒導爆雷管起爆。甚至有時為了更好地對預裂進行施工，是先爆破預裂孔，過一天或幾天再進行緩沖孔與主爆孔的爆破，見圖3。

圖3 預裂爆破起爆網(wǎng)絡圖

2 爆破效果

最終邊坡預裂爆破至2010年9月開始于露采應用，至今共處理邊坡面積80205.59m2，具體數(shù)據(jù)如下表1所示。

表1 露采預裂平臺面積統(tǒng)計

爆破出渣后，經(jīng)過現(xiàn)場察看，邊坡堅硬圍巖上的殘留半孔率達80%～90%，邊坡面平整（如采場北部、中南部）；在比較風化或破碎的巖層段上殘留半孔率也能達到30%～40%，且邊坡面比較平整，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的坑洼現(xiàn)象（如采場西南部、南部），如圖4所示。通過邊坡預裂爆破技術的實施，明顯地提高了邊坡的穩(wěn)定，確保了采場下部生產(chǎn)的安全。

圖4 采場北部和西南部預裂面整體效果圖